近15年新疆伊犁河谷草地退化时空变化特征

引用本文

闫俊杰, 刘海军, 崔东, 陈晨. 近15年新疆伊犁河谷草地退化时空变化特征. 草业科学, 2018,35(3): 508-520
Yan Jun-jie, Liu Hai-jun, Cui Dong, Chen Chen. Spatiotemporal dynamics of grassland degradation in Yili Valley of Xinjiang over the last 15 years. Pratacultural Science, 2018,35(3): 508-520. 复制到剪切板

Doi: 10.11829/j.issn.1001-0629.2017-0476
Permissions

《草业科学》编辑部

近15年新疆伊犁河谷草地退化时空变化特征

闫俊杰^1,^2,^3,⁴, 刘海军^1,², 崔东^1,², 陈晨^1,²

1.伊犁师范学院污染物化学与环境治理重点实验室,新疆伊宁 835000

2.伊犁师范学院生物与地理科学学院,新疆伊宁 835000

3.中国科学院新疆生态与地理研究所,新疆乌鲁木齐 830011

4.中国科学院大学,北京 100049

闫俊杰(1984-),男,河南林州人,讲师,在读博士生,主要从事生态遥感应用研究。E-mail:yan3550@sina.com

收稿日期: 2017-09-26 接受日期: 2017-11-09

资助项目: 伊犁师范学院污染物化学与环境治理重点实验室开放课题(2017HJYB04)

摘要

以伊犁河谷为研究区,利用MODIS NDVI数据及像元二分模型,反演草地植被覆盖度,以草地植被覆盖度为评价标准,结合数字高程模型(digital elevation model,DEM)数据及Getis-Ord 冷/热点分析方法,对伊犁河谷2001-2015年草地退化的时空特征进行了分析。结果表明,1)受持续过度放牧及气候条件影响,2001-2015年伊犁河谷草地整体持续退化,15年内退化草地比例达46.18%,但退化以轻度为主;2)空间上退化草地的分布范围逐步向高海拔区域扩展,海拔1 500-3 000 m的中山和中高山区退化草地扩张最明显;3)草地生态保护政策的实施减缓了草地退化速度,草地退化与改善的空间差异逐渐明显,以退化为主的单一变化趋势有所改变;4)利用NDVI反演植被覆盖度对草地退化进行评价的方法存在对高植被覆盖区域草地退化敏感性相对较弱的缺陷。

关键词: 草地退化; MODIS NDVI; 植被盖度; 数字高程模型; 伊犁河谷

中图分类号:S812.6⁺8 文献标志码:A 文章编号:1001-0629(2018)03-0508-13

Spatiotemporal dynamics of grassland degradation in Yili Valley of Xinjiang over the last 15 years

Yan Jun-jie^1,^2,^3,⁴, Liu Hai-jun^1,², Cui Dong^1,², Chen Chen^1,²

1.Key Laboratory of Pollutant Chemistry and Environmental Treatment, Yili Normal University, Yining 835000,Xinjiang, China

2.College of Biology and Geography,Yili Normal University, Yining 835000, Xinjiang, China

3.Xinjiang Institute of Ecology and Geography, CAS, Urumqi 830011, Xinjiang, China

4.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Corresponding author: Yanjunjie E-mail:yan3550@sina.com

Abstract

Based on data of fractional coverage extracted from MODIS NDVI data and a dimidiate pixel model, and with the assistance of digital elevation model data and Getis-Ord cold/hot spot analysis method, spatiotemporal variations of grassland degradation during the 2001-2015 period in Yili Valley were investigated. The results showed: 1) Affected by persistent overgrazing and variation in climatic conditions, grassland degeneration in Yili Valley exhibited a steady declining trend from 2001 to 2015. The proportion of degraded grassland rose to 46.18% within 15 years, but was primarily lightly degraded. 2) Spatially, degraded grassland expanded to the high-altitude area gradually, where the expansion of the degraded grassland located in the middle and sub-high mountain areas within 1 500-3 000 m above sea level was the most obvious. 3) The policies of ecological conservation implemented in the grassland slowed down the rate of grassland degradation. Spatial differences between degraded grassland and improved grassland became distinct gradually, hence the trends in grassland dynamics caused by degradation were altered. 4) The method of evaluating grassland degradation by utilizing vegetation coverage inversed from NDVI suffered from weak sensitivity to grassland degradation in high vegetation coverage areas.

Key words: grassland degradation; MODIS NDVI; vegetation coverage; DEM; Yili Valley

文章图片

伊犁河谷位于新疆西北部, 我国边陲, 由于其特殊的地形特征, 可以截留陆地西风带来的湿润水汽, 使其成为新疆最大的绿洲, 以及跨国河流伊犁河的重要水源地。丰沛的降水为植被生长创造了有利条件, 伊犁河谷内草地发育, 是该区分布面积最广的地表覆被类型^[1], 为区域生物多样性保护、水源涵养、生态平衡的维持提供了重要保障^[2]。同时, 河谷内草地资源优质, 也使其成为全国著名的牧区^[3]。然而, 随经济发展及人口增加, 人类对草地干扰强度不断增强, 由此引发的草地面积减小^{[4, 5]}和生产力降低等草地退化^[6]问题正在逐步恶化, 严重影响了该区生态稳定和畜牧业的健康发展。因而, 研究伊犁河谷草地退化定量特征, 分析其时空变化及其影响因素对该区草地生态保护措施的制定和实施具有重要指导意义。近年来, 随着国家及当地政府对伊犁河谷生态环境问题认识的提高, 多位学者对伊犁河谷植被动态变化进行了相关研究^{[7, 8, 9, 10, 11]}, 但缺乏对草地退化问题的深入研究。

遥感技术是大尺度地表植被覆盖度定量化研究的主要手段。归一化植被指数(normalized differential vegetation index, NDVI)与地表植被覆盖度呈线性相关^[12], 可以定量反映植被动态特征^{[13, 14]}, 因此被广泛用于植被动态及草地退化监测^{[7, 14, 15]}。目前, 常用的长时间序列NDVI数据主要有NOAA-AVHRR NDVI 和TERRA-MODIS NDVI。相对于AVHRR数据, MODIS数据虽然时间序列较短, 但其空间分辨率较高, 能更详尽地反映地表植被的空间差异, 因而在量化空间尺度较小的流域尺度植被覆盖时更具优势^{[7, 16, 17, 18]}。

本研究针对伊犁河谷地区草地退化的现实问题, 利用MODIS遥感影像数据, 反演伊犁河谷2001-2015年草地植被覆盖度, 参考国家制定的基于植被覆盖度的草地退化评价标准, 对伊犁河谷草地退化程度进行分析和评价, 并结合数字高程模型(digital elevation model, DEM)地形数据统计草地退化的时空变化规律, 以期为伊犁河谷草地动态监测、生态保护及可持续开发利用提供科学依据。

1 研究区概况

伊犁河谷位于80° 09'42″-84° 56'50″ E, 42° 14'16″-44° 53'30″ N, 地处欧亚大陆中心, 整个区域东、南、北三面高山环绕, 地形复杂, 河流综合, 分布有伊犁谷地、巩乃斯谷地、特克斯谷地、喀什河谷丘陵和昭苏盆地5个地域单元(图1)。伊犁河谷地势东高西低, 东窄西宽, 呈喇叭型向西敞开, 西风带湿润水汽受此地形影响被迫抬升凝结, 形成丰沛降水, 使其成为西域湿岛。全区受中温带大陆性气候和高山气候控制, 年均降水量200~800 mm, 年平均气温 2.9~9.1 ℃, 年均日照时数2 700~3 000 h^[19]。植被分布受地形影响, 发育有荒漠、草原、草甸、森林和隐域植被五大植被类型, 草甸植被发育良好, 是新疆优质草地, 主要的草地植物有伊犁绢蒿(Seriphidium transiliense)、木地肤(Kochia prostrata)、珠芽蓼(Polygonum viviparum)、鸭茅(Dactylis glomerata)、黄花委陵菜(Potentilla chrysantha)、黄花苜蓿(Medicago falcata)、针茅(Stipa capillata)、草原苔草(Carex liparocarpos)、早熟禾(Poa pratensis)、紫花鸢尾(Iris ruthenica)等。

	Figure Option View Download New Window
	图1 研究区示意图Fig. 1 Location of the study area

2 材料与方法

2.1 数据来源及预处理

NDVI数据为美国国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration, NASA)地球观测系统(Earth Observing System, EOS)数据中心发布的MODIS MOD13Q1产品, 其空间分辨率为250 m, 时间分辨率为16 d, 每年23期, 时间序列为2001年1月-2015年12月, 共计345期数据。DEM 数据为NASA和美国国防部国家测绘局(National Imagery and Mapping Agency, NIMA)联合测量的90 m空间分辨率的SRTM 数据。草地分布范围通过对研究区2015年6-9月Landsat 8 OLI影像目视解译获得。伊宁、昭苏和尼勒克3个国家基准气象站的气象数据来自中国气象局气象数据中心, 包括气温和降水的月合成数据。牲畜存栏数据来自《伊犁哈萨克自治州统计年鉴》^[20]和《新疆维吾尔自治区统计年鉴》^[21]; 为将牲畜存栏量数据转换为标准绵羊单位, 对山羊、驴、牛和马数量分别按0.8、3、5和6的比例进行折算。

对获得的NDVI和DEM数据进行数据格式转换、镶嵌、投影转换及研究区提取等处理。为降低云覆盖等噪音信息的干扰, 对每年23期NDVI序列数据进行了Savitzky-Golay滤波处理, 并利用最大值合成法(MVC法)合成年NDVI数据, 用年内植被NDVI最大值代表年植被生长状况。最后, 为保持数据精度并使NDVI数据与DEM数据像元大小一致, 将年NDVI数据和DEM重采样为50 m× 50 m。

遥感空间数据的预处理及制图借助于Arcgis 10.2软件及IDL8.5开发平台完成, 其他数据的统计制表及制图借助于Excel 2010软件完成。

2.2 研究方法

2.2.1 植被盖度反演利用像元二分模型及IDL8.5开发平台逐像元反演研究区草地植被覆盖度^[22], 获得草地植被覆盖度空间分布数据, 其计算公式如下:

F_c= $\begin{matrix} \frac{NDVI - NDV I_{soil}}{NDV I_{veg} - NDV I_{soil}} \end{matrix}$ 。 (1)

式中:F_c表示草地植被覆盖度, NDVI_soil为研究区纯裸土像元的NDVI值, NDVI_veg为纯植被覆盖像元的NDVI值^[22]。根据研究区NDVI图像直方图特点, 并参考前人经验^{[22, 23]}, 在NDVI与覆盖度转化过程中, 取研究区NDVI图像直方图5%处的NDVI值为NDVI_soil值, 取95%处NDVI值为NDVI_veg值^[23]。

2.2.2 草地退化等级划分草地退化是一个相对概念^[24], 吴志丰等^[25]指出用前后两个单一年份植被覆盖度的变化来计算草地退化程度会因植被覆盖度的随机波动而给草地退化评价带来较大误差。受干湿影响, 伊犁河谷植被覆盖存在较大的年际波动^[7], 为削弱单个年份水热条件好坏而产生的植被生长随机波动对草地退化估算的影响, 将2001-2015年的草地覆盖度时间序列数据分为3个时间段, 即2001-2005年、2006-2010年及2011-2015年, 以5年平均值代表各个时段植被覆盖水平, 并分别以2001-2005年时段及2006-2010年时段植被覆盖水平作为判断基准, 对2001-2010年间(2006-2010年相对2001-2005年)和2001-2015年间(2011-2015相对2001-2005年)以及2006-2015年间(2011-2015年相对2006-2010年)3个时期伊犁河谷草地空间分布数据进行差值计算, 分析3个时期草地退化时空变化。

本研究在借鉴《天然草地退化、沙化、盐渍化的分级指标》^[26]的基础上, 按草地植被盖度相对于未退化草地植被盖度的百分比对草地退化进行等级划分, 结合伊犁草地覆盖度变化特征, 并参考曹旭娟等^[27]的方法, 将伊犁河谷草地退化等级划分为极重度退化、重度退化、中度退化、轻度退化、未变化及改善6个等级, 详细的等级及划分标准如表1所列。

表1 草地退化等级及分级标准 Table 1 Grades and grading standard of grassland degradation

2.2.3 草地退化冷/热点分析冷/热分析用于识别具有统计显著性的高值(热点)和低值(冷点)的空间聚类^[28]。本研究利用Getis-Ord 分析来识别退化草地“ 热点” 和“ 冷点” 的空间格局, 分析其演变特征。计算公式为:

G_i^*= $\begin{matrix} \frac{\overset{n}{\sum_{j = 1}} W_{i, j} - \bar{X} \overset{n}{\sum_{j = 1}} W_{i, j}}{S \sqrt[]{\frac{[n \overset{n}{\sum_{j = 1}} {W_{i, j}}^{2} - (\overset{n}{\sum_{j = 1}} W_{i, j})^{2}]}{n - 1}}} \end{matrix}$ 。 (2)

式中:X_j是像元j的草地退化等级代码, W_i_,_j为像元i和j之间以距离规则定义的空间权重, 同样空间范围相邻为1, 不相邻为0, n为像元总数, 此外:

$\overline{x}$= $\begin{matrix} \frac{\overset{n}{\sum_{j = 1}} X_{j}}{n} \end{matrix}$ ; (3)

S= $\begin{matrix} \sqrt[]{\frac{\overset{n}{\sum_{j = 1}} X_{j}^{2}}{n} - ({\bar{X}}^{2})} \end{matrix}$ 。 (4)

式中:统计的是Z值得分, Z得分越高, 高值(热点)像元就越聚集, Z得分越低, 低值(冷点)像元就越聚集。Z值空间分布数据的计算借助于Arcgis10.0软件的热点分析工具完成。

3 结果与分析

3.1 伊犁河谷草地退化时空变化分析

依据草地退化等级的划分标准及其计算方法, 借助Arcgis 10.2软件及IDL 8.5开发平台制作了2001-2015年3个时期伊犁河谷草地退化等级空间分布图(图2), 统计了各个时期不同退化等级草地的面积和比例(表2)。可以看出, 2001-2015年的整个时期伊犁河谷退化草地占据了很大范围(图2), 河谷内伊犁河、巩乃斯河、喀什河、特克斯河4条河流两侧的洪积平原、低山或中高山区, 以及昭苏盆地周边是草地退化的主体分布区。统计结果(表2)表明, 15年内伊犁河谷退化草地面积为144.25万hm², 占草地总面积的46.18%, 其中以轻度退化比例最高, 面积为104.10万hm², 占草地总面积的33.33%, 退化草地主体分布在区域内的低山或中高山区; 其他等级比例较小, 中度、重度和极重度退化的比例分别为8.80%、3.33%和0.72%, 主要分布在河流下游河谷两侧的洪积平原和低山区; 改善草地的面积占1.41%, 分布在伊犁河北岸出国境口附近区域。

对于2001-2010年间及2006-2015年间两个不同时期, 未变化草地比例由72.84%增加到了75.71%, 退化草地总比例也由25.78%降低到17.50%, 但这不表示草地退化趋势得到扭转, 而仅表明大面积的草地维持了2001-2010年间状况, 退化草地的面积仍在继续扩张, 净增的退化面积达54.65万hm², 占到草地总面积的17.50%。在空间上, 喀什河下游南岸的阿吾勒拉山西段中高山区草地维持了前期状态, 而特克斯河下游河谷两侧的低山区草地则开始发生退化(图2)。此外, 2006-2015年, 在巩乃斯河下游南侧及伊犁河全程河谷两侧的草地退化程度得到了改善, 改善面积达到21.22万hm², 比例达到草地总面积的6.79%。

	Figure Option View Download New Window
	图2 伊犁河谷2001-2015年草地退化等级图Fig. 2 Maps of grassland degradation in Yili valley from 2001 to 2015

表2 2001-2015年不同时期不同退化等级草地面积和比例 Table 2 The area and percentage of grassland of different degradation grades in different periods from 2001 to 2015

退化草地面积比例的缩小以及改善草地面积的增加表明, 虽然草地退化趋势没有变化, 但2006-2015年与2001-2010年相比, 草地退化的速度明显减小, 说明退耕还草、围栏及禁牧等草地恢复措施的效益逐步开始显现。

此外, 根据伊犁河谷地形特征, 对比2001-2010年及2001-2015年的退化草地空间分布(图2)可以看出, 伊犁河谷退化草地的空间分布逐步由河流下游向中游和上游扩张, 由河谷两侧的河谷平原和低山区域向中山和中高山区域扩张, 退化草地面积逐步扩大, 未变化草地不仅面积逐步减少, 且各等级草地斑块也逐步离散和破碎。这表明伊犁河谷草地退化的趋势尚未遏止, 掠夺式的草地资源利用方式尚未发生重大改变, 草地生态保护及草地资源可持续开发利用依旧承受着很大压力。

3.2 伊犁河谷退化草地冷/热点分布与演化

冷/热点分析可以更为直观地展现伊犁河谷退化草地空间特征及其动态。在进行冷/热点分析之前, 为增强“ 高值” 与“ 低值” 的对比度, 便于对“ 冷点” 区域和“ 热点” 区域的对比分析, 将草地退化6个等级中的改善这一等级进一步细分为轻度改善、中度改善、高度改善和极高度改善4个等级。详细的等级、等级代码及划分标准如表3所列。

根据表1和表3中的划分标准对伊犁河谷退化草地进行了等级划分, 利用9个等级的代码计算了逐个像元的值, 获得退化草地冷/热点分布图(图3)。可以看出, 2001-2010年及2001-2015年, “ 冷点” 与“ 热点” 聚集特征明显, 且主要由极冷区域(Z< -2.58)与极热区域(Z> 2.58)组成, 两个时段, 极冷区域分别占草地总面积的24.41%和31.75%, 极热区域分别占68.04%和52.97%; 在空间上, “ 冷点” 与退化草地的分布区重叠, 其扩展方向也与退化草地的扩展一致; 而“ 热点” 却未聚集在改善草地的分布区, 而与未变化草地的分布区重叠, 两个时段“ 热点” 区内改善草地的比例分别仅占1.02%和1.35%, 而未变化的比例却分别占91.98%和73.53%。对于2006-2015年时段, “ 热点” 比例明显缩小, 但却与改善草地的分布区一致, “ 热点” 聚集内改善草地比例占33.63%; “ 冷点” 分布与退化草地分布一致, 但包含了67.12%未变化草地。

可以看出, 在2001-2015年, 伊犁河谷退化草地呈现“ 冷点” 增强与“ 热点” 减弱的动态演变, 演变过程与退化草地的时空变化一致; 但冷/热点分析结果中的“ 热点” 分布并不代表“ 高值” (草地改善区)的聚集特征, 而是反映了未变化草地的聚集特征, 这是由于在2001-2015年伊犁河谷改善草地面积所占比例太小(仅占1.41%), 绝大部分被未变化草地(占52.41%)和退化草地(占46.18%)所占据, 形成的是“ 退化” 与“ 未变化” 的冷热对比格局; 然而在2006-2015年, “ 热点” 分布区的33.63%被改善草地的“ 高值” 所占据, 且“ 冷点” 分布区中“ 低值” 所代表的退化草地的面积比例也有所减少, “ 冷点” 与“ 热点” 的格局展现的是“ 退化” 与“ 改善” 的对比, 冷热格局特征发生了转变。由此可以看出, 在2006-2015年, 伊犁河谷草地的退化特征不仅表现在退化速度有所减小, 而且不同于2001-2010年间及2001-2015年间以退化为主的变化趋势, 出现了退化与改善的空间差异, 说明以退化为主的单一变化趋势发生改变, 变化趋势更为多元。

表3 改善草地等级及划分标准 Table 3 Grades and grading standards of improved grassland

3.3 伊犁河谷草地退化的海拔分异

伊犁河谷草地退化存在明显的海拔分异(图2, 图3), 为探明草地退化随海拔变化的分异规律, 借助Arcgis 10.2软件提取研究区所有像素点海拔高程值及其2001-2010年、2006-2015年及2001-2015年植被覆盖度变化比例值, 并制作3个时期草地植被覆盖度变化比例随海拔变化的散点图(图4)。不同草地退化等级的边界线与各海拔高度所对应的植被盖度变化比例最小值的交点即为该退化等级的临界海拔高度, 各退化等级的临界海拔高度在不同年份的变化, 反映了草地退化随海拔的时空分异。可以看出, 极重度退化草地在3个时段均处在海拔1 100 m之下, 与改善草地的临界海拔高度相差无几; 而其他等级的临界海拔高度均有所升高, 其中重度退化草地临界海拔高度由1 250 m扩展到了1 500 m的高度, 中度退化草地分布由1 500 m扩展到了2 100 m左右, 轻度退化在2001-2010年主体分布在750-2 250 m及3 000-3 500 m, 之后扩展到了750-3 600 m的整个范围。

	Figure Option View Download New Window
	图3 伊犁河谷退化草地冷/热点分布图Fig. 3 Maps of cold/hot spots of grassland degradation in Yili Valley

随各退化等级草地临界海拔高度的提高, 各海拔带内退化草地的分布面积也逐步增加。根据表4中的计算结果, 在低于1 500 m的海拔带内, 退化草地总面积由54.13 万hm²逐步增加到了61.32万hm², 增加了7.19万hm², 增加比例为13.28%; 在1 500-3 000 m海拔带内, 退化草地由23.45万hm²逐步增加到了76.71万hm², 面积增加了53.26万hm², 增加2.27倍, 增加面积和比例均远远大于海拔1 500 m以下区域, 成为草地退化扩张最明显的区域; 海拔高度大于3 000 m的区域, 退化草地分布面积虽然较小, 但也有大幅度增加, 面积由2.99万hm²增加到了6.22万hm², 增加了3.23万hm², 增加了1.08倍。

	Figure Option View Download New Window
	图4 2001-2015年草地植被覆盖度变化比例随海拔变化散点图Fig. 4 Scatter diagram of variation in percent of change in grassland vegetation coverage with increasing altitude from 2001 to 2015

表4 2001-2015年不同海拔带内退化草地面积及比例 Table 4 Changes of area and percent of degraded grassland at different altitude levels from 2001 to 2015

	Figure Option View Download New Window
	图5 草地植被覆盖度变化比例随植被覆盖度变化散点图Fig. 5 Scatter diagram of variation in percent of changes in grassland vegetation coverage with increasing coverage

4 讨论

4.1 NDVI的饱和缺陷对草地退化评价的影响

Gu等^[29]和Li等^[30]指出, NDVI存在植被高覆盖区域容易饱和的不足, 使其在作物估产和草地生物量反演等应用时降低估算结果。基于此, 借助于Arcgis 10.2软件提取研究区所有像素2001-2015年草地覆盖度变化比例值及其草地覆盖度值, 利用Excel 2010软件制作草地退化与草地覆盖度的关系图(图5), 并将植被盖度按20%、40%、60%和80%的阈值划分为低覆盖、中低覆盖、中覆盖、中高覆盖和高覆盖5个等级, 对各退化等级内的各覆盖度等级草地的比例进行统计(表5), 分析草地退化与草地覆盖度的关系, 并探讨NDVI的饱和缺陷对草地退化评价的影响。可以看出, 随植被覆盖的提高, 草地退化程度逐步降低(图5)。发生极重度退化、重度退化和改善草地主要为盖度小于20%的低覆盖草地和盖度为20%~40%的中覆盖草地, 其中, 88.41%的极重度退化草地为低覆盖草地, 30.94%和54.48%的重度退化及52.13%和34.75%的改善草地为低和中低覆盖草地; 而发生轻度退化和未变化草地则主要为盖度为60%~80%的中高覆盖草地和盖度大于80%的高覆盖草地, 其中, 轻度退化的30.01%和46.25%为中高和高覆盖草地, 未变化草地的20.94%和68.40%为中高覆盖草地和高覆盖草地; 发生中度退化的主要为中低、中覆盖及中高覆盖草地, 三者的比例分别为35.61%、33.16%和17.18%。草地退化程度随植被变化的特征表明, 相对于覆盖度高的草地, 覆盖度低的草地退化更为严重。

从不同盖度变化比例的离散程度(图5)还可以看出, 植被盖度越低, 离散程度越高, 表明相对于覆盖度低的草地, 覆盖度高的草地对草地退化的反应较弱。这一方面是由于在等量产草量减少的情况下, 覆盖度高的草地的变化比例小于覆盖度低的草地的原因, 另一方面是由于NDVI的饱和缺陷会使覆盖度高的草地产草量的减少量不能被完全表达出来而使其退化程度被低估的原因。

综合上述分析, 利用NDVI反演植被覆盖度对草地退化进行评价的方法会因覆盖度高的草地对产草量的减少反应弱而使其退化被低估, 影响其对植被高覆盖区域草地退化评估的灵敏性。

表5 不同覆盖等级草地中各退化等级比例 Table 5 Percent of each degradation grade at different coverages%

4.2 伊犁河谷草地退化影响因素

水热条件是影响草地植被生长的决定因素, 水热条件的年际变化必将影响草地植被的生长状况。通过对伊犁河谷3个国家基准气象站气温和降水量的分析发现(图6), 2001-2005年、2006-2010年及2011-2015年这3个时段内的平均降水量分别为463.02、422.22及392.37 mm, 平均气温分别为7.15、7.60及7.05 ℃, 降水量呈现持续减少趋势, 气温也有所降低, 水热条件向冷干方向演变, 水热条件的恶化在一定程度上促使了伊犁河谷草地的退化。此外, 伊犁河谷高海拔区降水充沛, 而温度较低, 温度胁迫强于降水胁

迫, 而低海拔区则是降水胁迫强于温度胁迫。根据3个时段平均温度和降水的变化(图6), 相对于2001-2005年, 2006-2010年温度升高而降水减少, 水热条件的变化虽使高海拔区植被生长条件有所改善, 但却加剧了对低海拔区植被生长的胁迫, 在一定程度上促使了低海拔区所分布的低覆盖草地的退化; 2011-2015年温度和降水均有所下降, 伊犁河谷全区植被生长条件恶化, 草地退化加剧。

伊犁河谷是我国重要的畜牧生产基地, 然而传统放牧仍在其生产方式中占绝对比例, 因此牲畜数量的增加意味着草地实际载畜量的增加。据统计, 2001-2015年伊犁河谷的牲畜存栏量由1 146.89万个绵羊单位增加到了1 369.77万个绵羊单位, 15年内增加了19.43%(图7)。据相关研究^[1], 伊犁河谷平均1个绵羊单位的牲畜需要0.52 hm²草地供养, 即平均每公顷草地的载畜能力为1.92个绵羊单位, 而根据伊犁河谷2001年和2015年的牲畜存栏数和草地总面积的计算结果, 2001年伊犁河谷平均每公顷草地实际供养的牲畜量为3.54个绵羊单位(草地总面积按王秀红等^[31]统计的2000年的面积计算, 面积为324.40万hm²), 到2015年时则增加到了4.39个, 均远远超出了草地的载畜能力。过度放牧与草地退化有直接关系。可见, 粗放的畜牧生产方式、牲畜存栏的快速增长以及由此而产生的长期过度放牧是导致伊犁河谷草地退化持续加剧的主要原因。

此外, 中国政府决定从2011年开始在新疆等8个省(区)实施5年一个周期的草原生态保护补助奖励机制, 对草畜平衡、草原禁牧和牧民生产进行奖励和补助。基于此项政策, 伊犁州在2011-2013年对15.88万hm²的荒漠类草地和重要水源地实行了禁牧, 并对292.73万hm²草地实行牲畜转移安置, 期望实现草畜平衡^[32]。禁牧和牲畜转移安置等措施的实施, 为草地生态的恢复创造了有利条件, 使得2006-2015年时期相对2001-2010年时期的草地退化面积明显减小, 发生改善的草地面积也大幅增加。

	Figure Option View Download New Window
	图6 2001-2015年伊犁河谷气温和降水变化曲线图Fig. 6 Variation curve for temperature and precipitation in Yili Valley from 2001 to 2015

	Figure Option View Download New Window
	图7 2001-2015年伊犁河谷牲畜存栏量变化曲线图Fig.7 Variation curve for breeding stock in Yili Valley from 2001 to 2015

本研究分析显示, 2006-2015年时期伊犁河谷退化草地的面积明显缩小, 且改善草地的面积大幅增加, 然而在此期间伊犁河谷草地载畜压力并未减轻, 而是在加重(图7), 之所以出现草地载畜压力增加而草地退化减速的情况, 本研究推断应该是由于草地放牧强度的空间分布发生变化。得出上述推断是因为:2011-2015年, 草地改善的分布区主要分布在低海拔的在河谷平原及山前洪基扇区(图2中2006-2015年时期图), 这些区域分布的主要是荒漠和荒漠草原等低覆盖类草地, 而覆盖度低的草地对放牧压力的变化反应敏感, 草地的改善只能是因为放牧压力的减小, 因此该区域植被覆盖的改善必然是由于此处放牧压力转移到了别处, 即转移到了海拔相对较高的区域, 而海拔相对较高的区域是山地草甸、草甸草原及温性草原等高覆盖草地分布区, 高覆盖草地植被的NDVI容易饱和, 使草地覆盖度的减少量容易低估产草量的减少量, 从而出现在放牧压力增加的情况下, 即使草地产草量明显减少而植被覆盖度的减少量却有限, 甚至出现未变的情况, 这也与2006-2015年时期与2001-2015年时期草地退化空间分布(图2)的相对变化一致; 2011-2015年时段相对2006-2010年时段草地盖度未发生变化的区域相对于2001-2005年时段却表现为退化, 表明在放牧压力增加的情况下, 草地植被盖度相对于2006-2010年时段的减少量随未超过退化标准, 表现为未变化, 但相对于2001-2005年时段的减少量却超过退化标准, 表现为继续退化。

伊犁河谷草地出现放牧压力增大而草地覆盖度减少量有限的情况, 这也再次验证了利用NDVI反演植被覆盖度对草地退化进行评价的方法存在对高植被覆盖区域草地退化敏感性弱的缺陷。

5 结论

本研究利用MODIS NDVI数据及像元二分模型, 反演植被覆盖度, 对伊犁河谷2001-2015年草地退化的时空变化特征进行了研究。得出如下结论:

1)2001-2015年伊犁河谷草地呈现持续退化的趋势, 15年间46.18%的草地发生不同程度退化, 但总体以轻度退化为主; 空间上轻度退化草地主要分布在河流两侧中山和中高山区, 其他退化等级主要分布在河流下游河谷两侧的洪积平原和低山区。草地退化速度在2010-2015年时段明显减缓, 位于巩乃斯河下游南侧及伊犁河全程河谷两侧洪积平原大面积草地甚至有所改善。

2)冷/热点分析表明, 伊犁河谷草地退化的冷/热格局由“ 退化” 与“ 未变化” 的对比转变为“ 退化” 与“ 改善” 的对比, 草地退化与改善的空间差异逐渐明显, 以退化为主的单一变化趋势有所改变。

3)在海拔分异方面, 草地退化程度随海拔增高逐步减小, 分布范围向高海拔区域逐步扩展。海拔1 500 m以下区域草地退化以极重度、重度和中度为主, 1 500 m以上区域以轻度为主; 低于1 500 m海拔带内退化草地增加13.28%, 而1 500-3 000 m海拔带退化草地增加2.27倍, 为伊犁河谷内草地退化扩张最明显的区域, 海拔3 000 m以上的区域, 退化草地分布面积虽然较小, 但也增加了1.08倍。

4)不同覆盖等级的草地的退化特征存在较大差异, 随植被覆盖度的增加, 草地退化程度逐步降低; NDVI的光饱和缺陷以及覆盖度在高植被覆盖区对载畜压力增加的弱灵敏性限制了通过利用NDVI反演植被覆盖度来评价草地退化的方法对高植被覆盖区草地退化的定量表达。

5)长期过度放牧是导致伊犁河谷草地退化持续加剧的主要原因, 不断恶化的气候条件及其波动变化也是促使草地退化的重要因素; 草地保护政策的实施为草地恢复提供了有利条件, 是草地退化变缓及变化趋势多元化的主要原因。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

文献选项

[1]	孙慧兰, 陈亚宁, 李卫红, 黎枫, 木巴热克·阿尤普. 新疆伊犁河流域草地类型特征及其生态服务价值研究. 中国沙漠, 2011, 31(5): 1273-1277. Sun H L, Chen Y N, Li W H, Li F, Mubareke·Ayoupu. Study on types and ecological services values of the grassland in the Ili River Basin, Xinjiang, China. Journal of Desert Research, 2011, 31(5): 1273-1277. (in Chinese) [本文引用:2]
[2]	孙慧兰, 李卫红, 陈亚鹏, 徐长春. 新疆伊犁河流域生态服务价值对土地利用变化的响应. 生态学报, 2010, 30(4): 887-894. Sun H L, Li W H, Chen Y P, Xu C C. Response of ecological services value to land use change in the Ili River Basin, Xinjiang, China. Acta Ecologica Sinica, 2010, 30(4): 887-894. (in Chinese) [本文引用:1]
[3]	安沙舟. 新疆伊犁地区禾本科植物种质资源及其评价. 草原与草坪, 2001(2): 15-19. An S Z. Resources of grass family germplasm in Yili prefecture of Xinjiang and their evaluation. Grassland and Turf, 2001(2): 15-19. (in Chinese) [本文引用:1]
[4]	王宏伟, 张小雷, 乔木, 缪燕江. 基于GIS的伊犁河流域生态环境质量评价与动态分析. 干旱区地理, 2008, 31(2): 215-221. Wang H W, Zhang X L, Qiao M, Miao Y J. Assessment and dynamic analysis of the eco-environmental quality in the Ili River Basin based on GIS. Arid Land Geography, 2008, 31(2): 215-221. (in Chinese) [本文引用:1]
[5]	杨阳, 张红旗. 近20年来伊犁新垦区土地利用/覆被变化分析. 资源科学, 2009, 31(12): 2029-2034. Yang Y, Zhang H Q. Analysis of land use and land cover change in the Yili newly reclaimed area in recent 20 years. Resources Science, 2009, 31(12): 2029-2034. (in Chinese) [本文引用:1]
[6]	范天文, 闫凯, 靳瑰丽. 伊犁河谷天然草地退化现状及修复措施. 草业科学, 2008, 25(3): 22-25. Fan T W, Yan K, Jin G L. Actuality investigation and restoration measure of degraded natural grassland in Yili Valley. Pratacultural Scinece, 2008, 25(3): 22-25. (in Chinese) [本文引用:1]
[7]	闫俊杰, 乔木, 周宏飞, 周生斌, 卢磊, 宋鹏. 基于MODIS/NDVI的新疆伊犁河谷植被变化. 干旱区地理, 2013, 36(3): 512-519. Yan J J, Qiao M, Zhou H F, Zhou S B, Lu L, Song P. Vegetation dynamics in Ili River valley of Xinjiang based on MODIS/NDVI. Arid Land Geography, 2013, 36(3): 512-519. (in Chinese) [本文引用:4]
[8]	刘芳, 张红旗, 董光龙. 伊犁河谷草地植被NDVI变化及其降水敏感性特征. 资源科学, 2014, 36(8): 1724-1731. Liu F, Zhang H Q, Dong G L. Vegetation dynamics and precipitation sensitivity in Yili Valley grassland . Resources Science, 2014, 36(8): 1724-1731. (in Chinese) [本文引用:1]
[9]	王倩, 杨太保, 杨雪梅. 新疆伊犁河流域植被变化动态监测与评价. 干旱区资源与环境, 2015, 29(8): 126-131. Wang Q, Yang T B, Yang X M. Monitoring and assessment of vegetation variation over the Ili River Basin in Xinjiang. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2015, 29(8): 126-131. (in Chinese) [本文引用:1]
[10]	陈爱京, 肖继东, 曹孟磊. 基于MODIS数据的伊犁河谷植被指数变化及其对气候的响应. 草业科学, 2016, 33(8): 1502-1508. Chen A J, Xiao J D, Cao M L. Research on change of vegetation index and response to climate in Yili River Valley based on MODIS data. Pratacultural Science, 2016, 33(8): 1502-1508. (in Chinese) [本文引用:1]
[11]	王倩, 杨太保, 杨雪梅. 伊犁河流域归一化植被指数的时空变化及其对气候的季节响应. 兰州大学学报(自然科学版), 2016, 52(4): 466-474. Wang Q, Yang T B, Yang X M. The spatio-temporal changes of normalized difference vegetation index and its response to seasonal climate in Ili River Basin. Journal of Lanzhou University(Natural Sciences), 2016, 52(4): 466-474. (in Chinese) [本文引用:1]
[12]	Olthof I, Pouliot D. Treeline vegetation composition and change in Canada’s western Subarctic from AVHRR and canopy reflectance modeling. Remote Sensing of Environment, 2010, 114(4): 805-815. [本文引用:1]
[13]	宋清洁, 崔霞, 张瑶瑶, 孟宝平, 高金龙, 向宇轩. 基于小型无人机与MODIS数据的草地植被覆盖度研究: 以甘南州为例. 草业科学, 2017, 34(1): 40-50. Song Q J, Cui X, Zhang Y Y, Meng B P, Gao J L, Xiang Y X. Grassland fractional vegetation cover analysis using small UVAs and MODIS: A case study in Gannan Prefecture. Pratacultural Scinece, 2017, 34(1): 40-50. (in Chinese) [本文引用:1]
[14]	林茜, 郭飞, 黄昌春, 杨雪峰. 基于MODIS的植被指数对估测塔里木河中下游植被盖度的适用性. 草业科学, 2016, 33(12): 2434-2441. Lin X, Guo F, Huang C C, Yang X F. The applicability of VIs from MODIS in estimating vegetation cover in the middle and lower reaches of the Tarim River. Pratacultural Scinece, 2016, 33(12): 2434-2441. (in Chinese) [本文引用:2]
[15]	梁芸, 王大为. 2000年以来甘南植被变化趋势及原因分析. 草业科学, 2016, 33(6): 1102-1111. Liang Y, Wang D W. Analysis of vegetation changing trends and causes in Gannan since 2000. Pratacultural Scinece, 2016, 33(6): 1102-1111. (in Chinese) [本文引用:1]
[16]	王杰, 李卫朋. 基于灵活的时空融合模型的植被覆盖度与植被指数关系. 草业科学, 2017, 34(2): 264-272. Wang J, Li W P. Research on relationship between vegetation cover fraction and vegetation index based on flexible spatiotemporal data fusion model. Pratacultural Science, 2017, 34(2): 264-272. (in Chinese) [本文引用:1]
[17]	张颖, 钞振华, 杨永顺, 徐维新, 马赫. 基于PSR模型的青海湖流域生态环境保护效果评价. 草业科学, 2016, 33(5): 851-860. Zhang Y, Chao Z H, Yang Y S, Xu W X, Ma H. Effects of ecological environmental protection in Qinghai Lake basin based on PSR model. Pratacultural Science, 2016, 33(5): 851-860. (in Chinese) [本文引用:1]
[18]	韦惠兰, 祁应军. 基于遥感监测的青藏高原草地退化及其人文驱动力分析. 草业科学, 2016, 33(12): 2576-2586. Wei H L, Qi Y J. Analysis of grassland degradation of the Tibet Plateau and human driving forces based on remote sensing. Pratacultural Science, 2016, 33(12): 2576-2586. (in Chinese) [本文引用:1]
[19]	周聿超. 新疆河流水文水资源. 乌鲁木齐: 新疆科技卫生出版社, 1999. Zhou Y C. Hydrology and Water Resources in Xinjiang. Urumqi: Health Science and Technology Publishing House in Xinjiang, 1999. (in Chinese) [本文引用:1]
[20]	伊犁哈萨克自治州统计局. 伊犁哈萨克自治州统计年鉴. 伊宁: 伊犁哈萨克自治州统计局, 2002-2015. Statistics Bureau of Yili Kazak Autonomous Prefecture. Statistical Yearbook of Ili Kazakh Autonomous Prefecture. Yining: Statistics Bureau of Ili Kazak Autonomous Prefecture, 2002-2015. (in Chinese) [本文引用:1]
[21]	新疆维吾尔自治区统计局. 新疆维吾尔自治区统计年鉴. 乌鲁木齐: 新疆维吾尔自治区统计局, 2016. Statistics Bureau of Xinjiang Uygur Autonomous Region. Statistical Yearbook of Xinjiang Uygur Autonomous Region. Urumchi: Statistics Bureau of Xinjiang Uygur Autonomous Region, 2016. (in Chinese) [本文引用:1]
[22]	Purevdorj T S, Tateishi R, Ishiyama T. Relationships between percent vegetation cover and vegetation indices. International Journal of Remote Sensing, 1998, 19(18): 3519-3535. [本文引用:3]
[23]	赵秀霞, 楚新正, 马晓飞, 莫丰瑞. 基于像元二分模型的艾比湖湿地NDVI指数对微气候的响应. 草业科学, 2017, 34(6): 1168-1177. Zhao X X, Chu X Z, Ma X F, Mo F R. Ebinur Lake Wetland vegetation coverage in response to a micro-climate change. Pratacultural Scinece, 2017, 34(6): 1168-1177. (in Chinese) [本文引用:2]
[24]	卓莉, 曹鑫, 陈晋, 陈仲新, 史培军. 锡林郭勒草原生态恢复工程效果的评价. 地理学报, 2007, 62(5): 471-480. Zhuo L, Cao X, Chen J, Chen Z X, Shi P J. Assessment of grassland ecological restoration project in Xilin Gol Grassland . Acta Geographica Sinica, 2007, 62(5): 471-480. (in Chinese) [本文引用:1]
[25]	吴志丰, 李芬, 张林波, 张继平, 杜加强. 三江源区草地参照覆盖度提取及草地退化研究. 自然灾害学报, 2014, 23(2): 94-102. Wu Z F, Li F, Zhang L B, Zhang J P, Du J Q. Research on grassland degradation of three-river headwaters region based on reference vegetation coverage. Journal of Natural Disasters, 2014, 23(2): 94-102. (in Chinese) [本文引用:1]
[26]	中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. GB19377天然草地退化、沙化、盐渍化的分级指标. 北京: 中国标准出版社, 2003. General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of the People’s Republic of China. GB19377 Parameters for Degradation, Sand ification and Salification of Rangeland . Beijing: Stand ards Press of China, 2003. (in Chinese) [本文引用:1]
[27]	曹旭娟, 干珠扎布, 梁艳, 高清竹, 张勇, 李玉娥, 万运帆, 旦久罗布. 基于NDVI的藏北地区草地退化时空分布特征分析. 草业学报, 2016, 25(3): 1-8. Cao X J, Ganjuriav, Liang Y, Gao Q Z, Zhang Y, Li Y E, Wang Y F, Danjiuluobu. Temporal and spatial distribution of grassland degradation in northern Tibet based on NDVI. Acta Pratacultural Sinica, 2016, 25(3): 1-8. (in Chinese) [本文引用:1]
[28]	Fischer M M, Getis A. Hand book of applied Spatial Analysis: Software Tools, Methods and Applications. Berlin: Springer, 2010. [本文引用:1]
[29]	Gu Y X, Wylie B K, Howard D M, Phuyal K P, Ji L. NDVI saturation adjustment: A new approach for improving cropland performance estimates in the Greater Platte River Basin, USA. Ecological Indicators, 2013, 30: 1-6. [本文引用:1]
[30]	Li F, Chen W, Zeng Y, Zhao Q J, Wu B F. Improving estimates of grassland fractional vegetation cover based on a pixel dichotomy model: A case study in Inner Mongolia, China. Remote Sensing, 2014, 6(6): 4705-4722. [本文引用:1]
[31]	王秀红, 杨阳, 张红旗. 新疆伊犁地区土地利用变化特点分析. 新疆农业科学, 2008, 45(S3): 13-16. Wang X H, Yang Y, Zhang H Q. The changing characteristics of land utilization in Ili prefecture of Xinjiang. Xinjiang Agricultural Sciences, 2008, 45(S3): 13-16. (in Chinese) [本文引用:1]
[32]	郭彦玮. 新疆草原生态保护补助奖励政策实施效果及其对策研究. 乌鲁木齐: 新疆农业大学硕士学位论文, 2015. Guo Y W. Study on the effect evaluation and its countermeasures of reward-compensation policy of grassland ecological protection. Master Thesis. Urumqi: Xinjiang Agricultural University, 2015. (in Chinese) [本文引用:1]

2011

0.0

孙慧兰, 陈亚宁, 李卫红, 黎枫, 木巴热克·阿尤普. 新疆伊犁河流域草地类型特征及其生态服务价值研究. 中国沙漠, 2011, 31(5): 1273-1277.

Sun H

, Chen Y

, Li W

, Li

, Mubareke·Ayoupu. Study on types and ecological services values of the grassland in the Ili River Basin, Xinjiang, China. Journal of Desert Research, 2011, 31(5): 1273-1277. (in Chinese)

The Ili River Basin, Xinjiang, China was rich in grassland resources, which accounted for 60.88% of the total land area. In this paper, according to the unit-area grassland ecosystem service value data in China which was given by Xie Gaodi et al, the formula of ecosystem services value given by Costanza was applied to analyze the ecosystem services values of different grassland types in the Ili River Basin. The results showed that both the livestock carrying capacity and forage yield in the Ili River Basin were at the highest level in Xinjiang. The area of the mountain meadow was the largest in different grassland types in the Ili River Basin, which accounted for about 27.91% of the total available grassland area. The annual ecosystem services value of grassland was about 200.47×108 Yuan, and the ecosystem services values of the marsh meadow, mountain meadow and warm meadow grassland was about 145.3×108 Yuan altogether, which accounted for 72.48% of the total basin, so they were the main part of grassland ecosystem. The services value of grassland ecosystem in the Ili River Basin was more than the production value. In general, the grassland ecosystem services value in mountain basin and hilly region was higher than in plain region. The degradation of grassland was remarkable in the Ili River Basin, and the grassland ecosystem service values decreased from 1985 to 2005.

1.Xinjiang Laboratory of Lake Environment and Resources in Arid Zone, College of Geography Science and Tourism, Xinjiang National University, Urumqi 830054, China； 2.State Key Laboratory of Desert and Oasis Ecology, Xinjiang Institute of Ecology and Geography, Chinese Academy of Sciences, Urumqi 830011, China

以新疆伊犁河流域为研究对象,采用Costanza生态系统服务价值计算公式,参照谢高地等人的中国草地生态系统服务单位面积价值,分析了伊犁河流域草地类型特征和生态系统服务价值。研究结果表明,新疆伊犁河流域草地资源丰富,草地面积占土地总面积的60.88%以上,草地产草量及载畜能力均处于全疆最好水平,其中山地草甸类草地面积最大,占草地可利用面积的27.91%。草地生态系统每年的服务价值为200.47亿元,山地草甸类草地、温性草甸草原类以及温性草原类草地生态服务价值达145.3亿元,占到全流域草地总生态服务价值的72.48%,是草地生态服务价值的主体部分,流域生态系统服务性功能远大于生产性功能。总体看来,伊犁河流域草地生态服务价值山间盆地、丘陵区较高;而平原区相对较低。草地存在退化现象,1985—2005年间草地生态服务价值有所下降。

... 丰沛的降水为植被生长创造了有利条件,伊犁河谷内草地发育,是该区分布面积最广的地表覆被类型^[1],为区域生物多样性保护、水源涵养、生态平衡的维持提供了重要保障^[2] ...

... 据相关研究^[1],伊犁河谷平均1个绵羊单位的牲畜需要0 ...

2010

0.0

孙慧兰, 李卫红, 陈亚鹏, 徐长春. 新疆伊犁河流域生态服务价值对土地利用变化的响应. 生态学报, 2010, 30(4): 887-894.

Sun H

, Li W

, Chen Y

, Xu C

. Response of ecological services value to land use change in the Ili River Basin, Xinjiang, China. Acta Ecologica Sinica, 2010, 30(4): 887-894. (in Chinese)

By the GIS and ecological economy theory, based on the Costanza method and the Chinese land ecosystem services unit area value proposed by Xie Gaodi, and combined with the sensitivity coefficient analysis, this paper analyzed the variation features of land use change and ecological services value in the Ili River Basin during 1985-2005. Results show that the land use in the Ili River Basin was at its developing stage from 1985 to 2005. The magnitude of land use exhibited an increasing trend, and meanwhile the ecological services value, from 482.83×108 Yuan to 506.44×108 Yuan, also showed an increasing trend. Water area and farmland contributed to the overall increasing eco-services change dominantly, while the decreased grassland eco-services contributed to it negatively. The development of eco-economy in the Ili River Basin has been on the verge of incoordination. The ecological environmental protection should be further enhanced.

以伊犁河流域为研究对象，运用GIS手段和生态经济学方法，采用Costanza生态系统服务价值计算公式，参照谢高地等人的中国陆地生态系统服务单位面积价值，结合敏感度分析，探讨了伊犁河流域1985-2005年土地利用和生态系统服务价值的变化特征。研究结果表明：1985-2005年间伊犁河流域土地利用处于发展阶段，土地利用程度呈增大趋势。研究期内生态系统服务价值总体有所上升，从482.83×108元上升到506.44×108元，增加了23.61×108元：水域和耕地对研究区总体服务功能变化的贡献率最大，而牧草地生态服务功能的下降对研究区总体生态服务功能的增加具有较大负贡献。研究区生态经济的发展已处于协调水平的边缘，需要加强对生态环境的保护力度。

2001

0.0

安沙舟. 新疆伊犁地区禾本科植物种质资源及其评价. 草原与草坪, 2001(2): 15-19.

An S

. Resources of grass family germplasm in Yili prefecture of Xinjiang and their evaluation. Grassland and Turf, 2001(2): 15-19. (in Chinese)

摘　要：对新疆伊犁地区的禾本科植物种质资源进行了调查统计。结果表明，共有52属，157种，17亚种，4变种，分别占新疆该科植物属的73.2%、种的48.8%。这些植物既是重要的牧草，又有许多是重要的谷类作物的近缘种，具有极大的开发前景。

... 同时,河谷内草地资源优质,也使其成为全国著名的牧区^[3] ...

2008

0.0

王宏伟, 张小雷, 乔木, 缪燕江. 基于GIS的伊犁河流域生态环境质量评价与动态分析. 干旱区地理, 2008, 31(2): 215-221.

Wang H

, Zhang X

, Qiao

, Miao Y

. Assessment and dynamic analysis of the eco-environmental quality in the Ili River Basin based on GIS. Arid Land Geography, 2008, 31(2): 215-221. (in Chinese)

... 然而,随经济发展及人口增加,人类对草地干扰强度不断增强,由此引发的草地面积减小^[4,5]和生产力降低等草地退化^[6]问题正在逐步恶化,严重影响了该区生态稳定和畜牧业的健康发展 ...

2009

0.0

杨阳, 张红旗. 近20年来伊犁新垦区土地利用/覆被变化分析. 资源科学, 2009, 31(12): 2029-2034.

Yang

, Zhang H

. Analysis of land use and land cover change in the Yili newly reclaimed area in recent 20 years. Resources Science, 2009, 31(12): 2029-2034. (in Chinese)

2008

0.0

范天文, 闫凯, 靳瑰丽. 伊犁河谷天然草地退化现状及修复措施. 草业科学, 2008, 25(3): 22-25.

Fan T

, Yan

, Jin G

. Actuality investigation and restoration measure of degraded natural grassland in Yili Valley. Pratacultural Scinece, 2008, 25(3): 22-25. (in Chinese)

2013

0.0

闫俊杰, 乔木, 周宏飞, 周生斌, 卢磊, 宋鹏. 基于MODIS/NDVI的新疆伊犁河谷植被变化. 干旱区地理, 2013, 36(3): 512-519.

Yan J

, Qiao

, Zhou H

, Zhou S

, Lu

, Song

. Vegetation dynamics in Ili River valley of Xinjiang based on MODIS/NDVI. Arid Land Geography, 2013, 36(3): 512-519. (in Chinese)

利用2000-2010年16 d合成的MODIS/NDVI数据,结合植被异常指数、趋势线分析和Hurst指数等分析方法,对新疆伊犁河谷植被覆盖的时空变化特征进行了分析。结果表明:(1)伊犁河谷内植被覆盖随海拔增高而先增加后减小,最高植被覆盖区位于2000～2 500m的高程带;2000-2010年伊犁河谷各高程带内植被覆盖整体下降趋势明显,但海拔低于1 000m的高程带除外。(2)受干湿环境影响,伊犁河谷全区平均被植异常指数最高值出现在降水最多的2002年,最低值出现在降水最少的2008年,但不同区域植被异常指数的变化存在较大差异。(3)伊犁河谷内植被覆盖增加和减小的区域分别占总面积的4.09%和19.34%,增加区域主要位于伊犁河两岸的平原区,减小区域主要位于乌孙山两端以及伊犁河谷周围海拔2000m左右的低山区域;变标度极差分析结果表明,伊犁河谷内植被覆盖年际变化呈现很强的持续性,未来一定时间内将保持现有变化趋势不变。

... 近年来,随着国家及当地政府对伊犁河谷生态环境问题认识的提高,多位学者对伊犁河谷植被动态变化进行了相关研究^{[7,8,9,10,11]},但缺乏对草地退化问题的深入研究 ...

... 归一化植被指数(normalized differential vegetation index,NDVI)与地表植被覆盖度呈线性相关^[12],可以定量反映植被动态特征^[13,14],因此被广泛用于植被动态及草地退化监测^[7,14,15] ...

... 相对于AVHRR数据,MODIS数据虽然时间序列较短,但其空间分辨率较高,能更详尽地反映地表植被的空间差异,因而在量化空间尺度较小的流域尺度植被覆盖时更具优势^[7,16,17,18] ...

... 受干湿影响,伊犁河谷植被覆盖存在较大的年际波动^[7],为削弱单个年份水热条件好坏而产生的植被生长随机波动对草地退化估算的影响,将2001-2015年的草地覆盖度时间序列数据分为3个时间段,即2001-2005年、2006-2010年及2011-2015年,以5年平均值代表各个时段植被覆盖水平,并分别以2001-2005年时段及2006-2010年时段植被覆盖水平作为判断基准,对2001-2010年间(2006-2010年相对2001-2005年)和2001-2015年间(2011-2015相对2001-2005年)以及2006-2015年间(2011-2015年相对2006-2010年)3个时期伊犁河谷草地空间分布数据进行差值计算,分析3个时期草地退化时空变化 ...

2014

0.0

刘芳, 张红旗, 董光龙. 伊犁河谷草地植被NDVI变化及其降水敏感性特征. 资源科学, 2014, 36(8): 1724-1731.

Liu

, Zhang H

, Dong G

. Vegetation dynamics and precipitation sensitivity in Yili Valley grassland . Resources Science, 2014, 36(8): 1724-1731. (in Chinese)

作为西北干旱区的重要绿洲,伊犁河谷草地动态监测及其对降水的敏感性研究,对该区域草地应对气候变化带来的影响和实现可持续发展具有重要意义。基于2000-2010年的MODIS NDVI数据,采用像元尺度的线性回归方法,分析了伊犁河谷草地NDVI的时空变化特征,结合同期遥感降水数据产品,采用相关系数法和降水敏感性指数定量刻画不同类型草地NDVI的降水敏感性及其时空特征。结果表明,2000-2010年伊犁河谷草地植被整体呈显著的退化趋势,NDVI值下降速度为1.5%/10a,其中高寒草地和山地草甸的NDVI下降趋势显著,而改善区主要为温性草原、温性荒漠草原和温性荒漠。随着草地改善程度增加,草地覆被变化的降水敏感性越强,表明降水是草地改善的主因。草地植被的降水敏感性与草地类型、降水的空间分异和年际特征有关。较为稀疏、生产力较低的草地类型(温性草原、温性荒漠和温性荒漠草原)的降水敏感性较强。降水敏感性与河谷降水时空分布有关,主要体现为越干旱的地方草地覆盖对降水的敏感性越高;年际特征上表现为越干旱的年份,草地覆被对降水的敏感性越高。

2015

0.0

王倩, 杨太保, 杨雪梅. 新疆伊犁河流域植被变化动态监测与评价. 干旱区资源与环境, 2015, 29(8): 126-131.

Wang

, Yang T

, Yang X

. Monitoring and assessment of vegetation variation over the Ili River Basin in Xinjiang. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2015, 29(8): 126-131. (in Chinese)

摘　要：基于2000-2013年MODIS/NDVI数据和研究区内气象站点资料,分析了伊犁河流域植被生长季NDVI时空变化特征及其与气候因子的关系。结果表明：1）研究区植被整体呈微弱的退化趋势,年退缩率为-0.8×10^-3a^-1,其中草原的退化趋势较草甸、灌丛和林地略显著。2）2000-2013年研究区植被退化区面积占研究区总面积的11.45%,主要分布在特克斯河中下游、巩乃斯河周边地区;植被改善面积占全区总面积的8.38%,主要分布在伊宁市及霍尔果斯河周边地区。3）研究区伊宁站周边植被生长季NDVI与同期气温及降水存在不显著相关性,昭苏站周边植被生长季NDVI与同期气温及降水分别存在显著负相关和极显著正相关。气候的暖干化趋势可能是导致伊犁河流域植被生长退化的主要原因。

2016

0.0

陈爱京, 肖继东, 曹孟磊. 基于MODIS数据的伊犁河谷植被指数变化及其对气候的响应. 草业科学, 2016, 33(8): 1502-1508.

Chen A

, Xiao J

, Cao M

. Research on change of vegetation index and response to climate in Yili River Valley based on MODIS data. Pratacultural Science, 2016, 33(8): 1502-1508. (in Chinese)

2016

0.0

王倩, 杨太保, 杨雪梅. 伊犁河流域归一化植被指数的时空变化及其对气候的季节响应. 兰州大学学报(自然科学版), 2016, 52(4): 466-474.

Wang

, Yang T

, Yang X

. The spatio-temporal changes of normalized difference vegetation index and its response to seasonal climate in Ili River Basin. Journal of Lanzhou University(Natural Sciences), 2016, 52(4): 466-474. (in Chinese)

2010

0.0

2017

0.0

宋清洁, 崔霞, 张瑶瑶, 孟宝平, 高金龙, 向宇轩. 基于小型无人机与MODIS数据的草地植被覆盖度研究: 以甘南州为例. 草业科学, 2017, 34(1): 40-50.

Song Q

, Cui

, Zhang Y

, Meng B

, Gao J

, Xiang Y

. Grassland fractional vegetation cover analysis using small UVAs and MODIS: A case study in Gannan Prefecture. Pratacultural Scinece, 2017, 34(1): 40-50. (in Chinese)

以甘南州为研究区,采用Canon数码相机和小型无人机搭载相机在不同大小样方上获取草地植被覆盖度数码照片,结合2015年5月-10月的Terra/MODIS植被指数产品MOD13Q1,分析了增强型植被指数(EVI)和归一化植被指数(NDVI)与草地植被覆盖度之间的相关性,建立了研究区草地植被覆盖度的回归模型,并对模型进行了精度评价,筛选出甘南州草地植被覆盖度最优遥感反演模型,并对草地生长季时期覆盖度时空上的动态特征进行分析.结果表明,1)利用小型无人机搭载相机获取草地大样方植被数码照片的方法能用于地面草地覆盖度数据的获取;2)与NDVI相比,用EVI估算草地覆盖度更优,因此确定基于EVI构建的对数模型为甘南州草地植被覆盖度最优反演模型,模型精度可达88.00%;3)研究区2015年生长季草地植被覆盖度除了低平地草甸在8月达到最大值外,其它草地类型均在7月达到最大值;4)甘南州以中高植被覆盖度为主,主要分布在玛曲、碌曲、夏河以及合作四县市.整体而言,中西部和西南部区域草地覆盖度高于东部.通过精确草地植被覆盖度模型的建立,不仅有利于及时准确的了解草地植被覆盖度的时空分布状况和季节性动态变化,也有利于维护甘南州草地生态系统的持续稳定发展.

2016

0.0

林茜, 郭飞, 黄昌春, 杨雪峰. 基于MODIS的植被指数对估测塔里木河中下游植被盖度的适用性. 草业科学, 2016, 33(12): 2434-2441.

Lin

, Guo

, Huang C

, Yang X

. The applicability of VIs from MODIS in estimating vegetation cover in the middle and lower reaches of the Tarim River. Pratacultural Scinece, 2016, 33(12): 2434-2441. (in Chinese)

以干旱荒漠区塔里木河中下游的植被为研究对象,采用长时间序列的MODIS数据构建研究区常用的4种植被指数[归一化植被指数(NDVI)、差值植被指数(DVI)、增强型植被指数(EVI)、比值植被指数(RVI)],并通过遥感方法和Image J软件获得研究区植被覆盖度,分析发现与实测的植被覆盖度有显著相关性。从Image J获得的植被覆盖度与4种植被指数的回归结果可以得出4种植被指数在研究区的适用性,从而优选出最适合此研究区的植被指数。结果表明,基于MODIS的4种植被指数与研究区实际植被覆盖度之间存在显著的正相关关系,各植被指数与研究区植被覆盖度的拟合程度由高到低依次是NDVIEVIRVIDVI,使用NDVI获取植被信息最为适宜。

2016

0.0

梁芸, 王大为. 2000年以来甘南植被变化趋势及原因分析. 草业科学, 2016, 33(6): 1102-1111.

Liang

, Wang D

. Analysis of vegetation changing trends and causes in Gannan since 2000. Pratacultural Scinece, 2016, 33(6): 1102-1111. (in Chinese)

The normalized difference vegetation index (NDVI) can characterize the vegetation growth status. The temporal and spatial changes of Ganan vegetation and of its response to climatic factors and human activities are analyzed using EOS/MODIS NDVI data,precipitation, temperature and stock capacity data during 2000-2014.The results show that: 1) The overall stability of vegetation takes on an increasing trend in recent 15 years. The stability of forest is higher than that of grassland. The spatial variability of vegetation is mainly caused by the grassland. 2) The vegetation tends to be improved and accounting 70% of the studying area. The decreasing trend ( P P P

归一化植被指数(NDVI)可表征植被生长状况,利用2000-2014年EOS/MODIS-NDVI及同期气温、降水资料、2000-2012年载畜量资料分析了甘南州植被时空变化及气象因子、人类活动对其影响。结果表明,1)近15年来,甘南整体植被稳定性呈增加趋势,林地稳定性大于草地,植被空间变异主要由草地的空间变化引起。2)15年来甘南州植被整体趋于好转,局部有显著减少趋势( P P P

2017

0.0

王杰, 李卫朋. 基于灵活的时空融合模型的植被覆盖度与植被指数关系. 草业科学, 2017, 34(2): 264-272.

Wang

, Li W

. Research on relationship between vegetation cover fraction and vegetation index based on flexible spatiotemporal data fusion model. Pratacultural Science, 2017, 34(2): 264-272. (in Chinese)

2016

0.0

张颖, 钞振华, 杨永顺, 徐维新, 马赫. 基于PSR模型的青海湖流域生态环境保护效果评价. 草业科学, 2016, 33(5): 851-860.

Zhang

, Chao Z

, Yang Y

, Xu W

, Ma

. Effects of ecological environmental protection in Qinghai Lake basin based on PSR model. Pratacultural Science, 2016, 33(5): 851-860. (in Chinese)

2016

0.0

韦惠兰, 祁应军. 基于遥感监测的青藏高原草地退化及其人文驱动力分析. 草业科学, 2016, 33(12): 2576-2586.

Wei H

, Qi Y

. Analysis of grassland degradation of the Tibet Plateau and human driving forces based on remote sensing. Pratacultural Science, 2016, 33(12): 2576-2586. (in Chinese)

1999

0.0

... 1 ℃,年均日照时数2 700~3 000 h^[19] ...

2015

0.0

... 牲畜存栏数据来自《伊犁哈萨克自治州统计年鉴》^[20]和《新疆维吾尔自治区统计年鉴》^[21] ...

2016

0.0

... 牲畜存栏数据来自《伊犁哈萨克自治州统计年鉴》^[20]和《新疆维吾尔自治区统计年鉴》^[21] ...

1998

0.0

... 5开发平台逐像元反演研究区草地植被覆盖度^[22],获得草地植被覆盖度空间分布数据,其计算公式如下: ...

... 式中:F_c表示草地植被覆盖度,NDVI_soil为研究区纯裸土像元的NDVI值,NDVI_veg为纯植被覆盖像元的NDVI值^[22] ...

... 根据研究区NDVI图像直方图特点,并参考前人经验^[22,23],在NDVI与覆盖度转化过程中,取研究区NDVI图像直方图5%处的NDVI值为NDVI_soil值,取95%处NDVI值为NDVI_veg值^[23] ...

2017

0.0

赵秀霞, 楚新正, 马晓飞, 莫丰瑞. 基于像元二分模型的艾比湖湿地NDVI指数对微气候的响应. 草业科学, 2017, 34(6): 1168-1177.

Zhao X

, Chu X

, Ma X

, Mo F

. Ebinur Lake Wetland vegetation coverage in response to a micro-climate change. Pratacultural Scinece, 2017, 34(6): 1168-1177. (in Chinese)

摘　要：本研究提取了艾比湖湿地不同年份（1998、2007、2011、2014年）的NDVI指数，并进行了实地考察，然后利用像元二分模型对研究区植被覆盖状况进行估算，并分析其在时空分布上的特征及形成原因，建立影响植被覆盖与微气候变化的线性回归模型。结果表明，1）在空间分布上，西南部冲积平原植被覆盖等级最高，东北部覆盖等级略低于西南部，无覆盖和低覆盖等级分布面积最为广泛；在时间分布上，无覆盖面积处于下降趋势，低覆盖和中覆盖面积有所增加，较高覆盖与高覆盖等级面积处于下降趋势；2）不同植被覆盖度对气候变化的响应存在一定的差异；植被覆盖对降水量变化的反应最为强烈，在时间上具有一定的滞后性，对湿度变化的响应不明显，气温与植被覆盖水平之间存在线性函数关系。

2007

0.0

卓莉, 曹鑫, 陈晋, 陈仲新, 史培军. 锡林郭勒草原生态恢复工程效果的评价. 地理学报, 2007, 62(5): 471-480.

Zhuo

, Cao

, Chen

, Chen Z

, Shi P

. Assessment of grassland ecological restoration project in Xilin Gol Grassland . Acta Geographica Sinica, 2007, 62(5): 471-480. (in Chinese)

摘　要：针对锡林郭勒草原的严重退化,近年来启动了草原生态恢复工程,但工程实施的效果由于范围广、时间短而很难予评价。利用锡林郭勒草原地区1999～2004年的SPOT-VGT10天最大值合成NDVI时间序列数据,在求得各年NDVI年最大值（NDVImax）的基础上,通过搜寻各像元邻域内NDVImax的最大值以及与之相应的气候因子,建立起了像元尺度上的气候—植被生长基准响应模型,并以此为依据运用相对残差趋势法识别出了处于恢复阶段的草原区域。最后,将遥感监测结果与羊单位统计资料进行对比分析,结果发现,在县级行政区域尺度上的平均恢复趋势与基于羊单位和NPP构建的放牧压力趋势具有较好的反比例关系,初步证明了该方法在时间序列较短情况下的有效性。

... 2 草地退化等级划分草地退化是一个相对概念^[24],吴志丰等^[25]指出用前后两个单一年份植被覆盖度的变化来计算草地退化程度会因植被覆盖度的随机波动而给草地退化评价带来较大误差 ...

2014

0.0

吴志丰, 李芬, 张林波, 张继平, 杜加强. 三江源区草地参照覆盖度提取及草地退化研究. 自然灾害学报, 2014, 23(2): 94-102.

Wu Z

, Li

, Zhang L

, Zhang J

, Du J

. Research on grassland degradation of three-river headwaters region based on reference vegetation coverage. Journal of Natural Disasters, 2014, 23(2): 94-102. (in Chinese)

摘　要：发展了一种基于遥感的参照覆盖度提取及草地退化评价研究的方法。以三江源区为研究区,利用1981-2006年8 km×8 km空间分辨率的逐旬NOAA AVHRR NDVI数据、植被类型图、土壤类型图、DEM及生长季气象数据,依据植被、土壤、高程、生长季累积降水和积温5种因子,将三江源区划分为768个生态单元,每个生态单元具有相似的生长条件。提取每个生态单元范围所覆盖栅格具有的最大植被覆盖度作为参照植被覆盖度,将其他年份的植被覆盖度与之比较,得到该年份草地退化情况。这种方法可以在一定程度上解决目前大范围草地退化评估过程中面临的缺乏参照系统及遥感数据应用误区等问题。结果显示,三江源草地退化格局在1980年代之前已经基本形成,之后草地退化情势没有大的发展。而进入2000年后,草地退化趋势得到了初步遏制,但退化形势依然严峻。各县退化严重程度不一,相比而言西部各县较东部各县草地退化更为严重。该结果与三江源草地退化状况基本符合。

2003

0.0

... 本研究在借鉴《天然草地退化、沙化、盐渍化的分级指标》^[26]的基础上,按草地植被盖度相对于未退化草地植被盖度的百分比对草地退化进行等级划分,结合伊犁草地覆盖度变化特征,并参考曹旭娟等^[27]的方法,将伊犁河谷草地退化等级划分为极重度退化、重度退化、中度退化、轻度退化、未变化及改善6个等级,详细的等级及划分标准如表1所列 ...

2016

0.0

曹旭娟, 干珠扎布, 梁艳, 高清竹, 张勇, 李玉娥, 万运帆, 旦久罗布. 基于NDVI的藏北地区草地退化时空分布特征分析. 草业学报, 2016, 25(3): 1-8.

Cao X

, Ganjuriav, Liang

, Gao Q Z, Zhang Y, Li Y E, Wang Y F, Danjiuluobu. Temporal and spatial distribution of grassland degradation in northern Tibet based on NDVI. Acta Pratacultural Sinica, 2016, 25(3): 1-8. (in Chinese)

2010

0.0

... 3 草地退化冷/热点分析冷/热分析用于识别具有统计显著性的高值(热点)和低值(冷点)的空间聚类^[28] ...

2013

0.0

... 1 NDVI的饱和缺陷对草地退化评价的影响Gu等^[29]和Li等^[30]指出,NDVI存在植被高覆盖区域容易饱和的不足,使其在作物估产和草地生物量反演等应用时降低估算结果 ...

2014

0.0

2008

0.0

王秀红, 杨阳, 张红旗. 新疆伊犁地区土地利用变化特点分析. 新疆农业科学, 2008, 45(S3): 13-16.

Wang X

, Yang

, Zhang H

. The changing characteristics of land utilization in Ili prefecture of Xinjiang. Xinjiang Agricultural Sciences, 2008, 45(S3): 13-16. (in Chinese)

通过分析1980年代中期到2000年土地利用变化情况表明:平原旱地的扩展占用大量草地,建设用地扩展的来源主要是为数不多的平原旱地,河渠和河滩地增加比较显著.在追求土地利用经济效益提高的同时,林草地和湖泊的减少,盐碱地、沼泽地和沙地的增加是不可忽视的环境问题.

... 54个绵羊单位(草地总面积按王秀红等^[31]统计的2000年的面积计算,面积为324 ...

2015

0.0

郭彦玮. 新疆草原生态保护补助奖励政策实施效果及其对策研究. 乌鲁木齐: 新疆农业大学硕士学位论文, 2015.

Guo Y

. Study on the effect evaluation and its countermeasures of reward-compensation policy of grassland ecological protection. Master Thesis. Urumqi: Xinjiang Agricultural University, 2015. (in Chinese)

本论文对新疆草原生态保护补助奖励政策(简称草原补奖政策)实施效果进行了全面、系统的评价,研究结果显示:新疆草原补奖政策实施三年以来,牧民生活生产方式明显转变,草原退化趋势得到初步遏制,牧民收入有所提高。与此同时,该政策设计本身、政策的执行过程中均存在一些问题有待进一步改善,尤其是所暴露的政策实施前所沉淀的历史遗留问题,值得引起关注。本文框架如下:第一章介绍了草原补奖政策的实施背景和草原生态保护的国内外研究现状;第二章介绍了新疆草地资源状况和新疆草原补奖政策主体内容的落实情况;第三章采用模糊综合评价法基于牧户视角对样本地区草原补奖政策实施效果进行了评价;第四章从牧户认知和满意度角度对草原补奖政策进行了评价;第五章对草原补奖政策产生的生态效益、社会效益、经济效益进行了评价;第六章针对草原补奖政策顶层设计存在的问题和政策执行中存在的问题进行了分析和归纳;第七章对文章进行了总结,提出了草原补奖政策后期完善的对策和建议。该研究首次将政策评价理论与方法系统地引入新疆草原补奖政策评价。通过设计草原补奖政策评价的指标体系,可能为草原生态保护配套政策的系统性和完整性填补空白。

... 73万hm²草地实行牲畜转移安置,期望实现草畜平衡^[32] ...